BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的實(shí)踐與運(yùn)用

馬艷華

1.概述

信息技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)著建筑行業(yè)不斷深入發(fā)展，進(jìn)而造就了建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大。裝配式建筑的利用有效地緩解了傳統(tǒng)建筑工藝中建筑周期長(zhǎng)、環(huán)境污染嚴(yán)重以及資源消耗過大等缺陷，促進(jìn)建筑工程的高效穩(wěn)定進(jìn)行，因此在目前的建筑設(shè)計(jì)中得以廣泛應(yīng)用。然而在實(shí)際的應(yīng)用過程中，裝配式建筑往往存在裝配精度不理想，資源的重復(fù)利用率低下等問題，導(dǎo)致建筑工程的質(zhì)量與施工效率難以達(dá)到預(yù)定的期望[1]。通過在裝配式建筑中運(yùn)用建筑信息模型（BIM）技術(shù)，在建筑設(shè)計(jì)階段對(duì)建筑物進(jìn)行模擬與檢測(cè)，能夠提升整個(gè)建筑工程的施工進(jìn)度，保障施工質(zhì)量，并且延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，促進(jìn)建造領(lǐng)域高水平穩(wěn)定發(fā)展。

2.BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中運(yùn)用的重要性

2.1 有效提升建筑設(shè)計(jì)效率

在傳統(tǒng)的裝配式建筑設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要重復(fù)進(jìn)行建筑工程的數(shù)據(jù)采集、整理以及分析計(jì)算等基礎(chǔ)性操作，極大地增加了工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的周期，同時(shí)大量的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)照以及參數(shù)分析工作增加了建筑工程設(shè)計(jì)的人力成本，不利于建筑設(shè)計(jì)效率的提升。BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中運(yùn)用，其完整性特征能夠有效地幫助建筑設(shè)計(jì)人員減少人工核算以及信息處理的時(shí)間，在實(shí)際的操作中設(shè)計(jì)人員只要將建筑工程的信息參與以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)入軟件中，就可以在較短的時(shí)間周期內(nèi)設(shè)計(jì)出相對(duì)可行的設(shè)計(jì)方案，并且能夠?qū)崟r(shí)分析設(shè)計(jì)方案中存在的問題，降低了人工核算所帶來的誤差風(fēng)險(xiǎn)，有效地提升了建筑設(shè)計(jì)效率。

2.2 促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)可視化發(fā)展

工程建筑領(lǐng)域存在一定的技術(shù)門檻，對(duì)于其他領(lǐng)域而言，想要真正領(lǐng)會(huì)到建筑設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖，需要對(duì)相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)有一定的了解。然而在實(shí)際的應(yīng)用過程中，建筑設(shè)計(jì)成果難以避免地需要向其他非專業(yè)人員進(jìn)行展示，便于其他領(lǐng)域的工作人員共同參與建造。BIM 技術(shù)可視性的特征能夠有效地通過模式仿真的形式將建筑設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)成果以模型的形式直觀地展現(xiàn)在其他領(lǐng)域的工作人員視野中，有助于建筑團(tuán)隊(duì)的非專業(yè)人員有效地理解建筑設(shè)計(jì)師的真實(shí)意圖，提高建造過程中的精準(zhǔn)度，降低建筑工程的返工幾率，同時(shí)促進(jìn)了建筑設(shè)計(jì)的可視化發(fā)展。

2.3 有助于建筑設(shè)計(jì)方案不斷優(yōu)化

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)只能通過建筑工程現(xiàn)有的環(huán)境條件進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，基于建筑成本考慮，在保障可行性的基礎(chǔ)上會(huì)舍棄掉一部分建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)新，導(dǎo)致大部分的工程建筑都缺乏差異性，難以滿足公眾日益增長(zhǎng)的多樣化需求。BIM 技術(shù)模擬性特征，可以幫助建筑設(shè)計(jì)人員通過對(duì)物資的調(diào)用與分配，對(duì)工程項(xiàng)目建筑進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析，完善設(shè)計(jì)過程可能存在的技術(shù)性問題。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還可以通過建筑模擬完成一些難以在實(shí)際操作過程中嘗試的設(shè)計(jì)意圖，并分析其可行性以及建筑成本，例如在裝配式建筑中的熱傳導(dǎo)模擬，工程建造中的節(jié)能模擬等等[2]。BIM 技術(shù)利用其模擬性特征，促進(jìn)了可裝配建筑設(shè)計(jì)方案的不斷優(yōu)化。

3.BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

3.1 裝配式建筑規(guī)劃

隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)深入發(fā)展，工程建筑的規(guī)模也不斷壯大，導(dǎo)致工程建筑對(duì)建筑設(shè)計(jì)的要求越來越高。在裝配式建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃階段，科學(xué)合理地運(yùn)用BIM 技術(shù)，能夠保障建筑方案不斷優(yōu)化發(fā)展，發(fā)揮出建筑設(shè)計(jì)最好的效果。對(duì)于裝配式建筑場(chǎng)地的選取而言，通過運(yùn)用BIM 技術(shù)，能夠有效地結(jié)合建筑場(chǎng)地的環(huán)境因素與建筑項(xiàng)目的工程指標(biāo)相貼合，降低環(huán)境對(duì)于工程質(zhì)量以及施工進(jìn)度的影響，選擇最適合工程項(xiàng)目的施工場(chǎng)地。對(duì)于裝配式建筑圖紙而言，BIM 技術(shù)可以通過參數(shù)模擬施工的實(shí)際環(huán)境，模擬真實(shí)的建造材料以及實(shí)際的建造結(jié)構(gòu)，并且通過關(guān)聯(lián)材料分析材料變化所產(chǎn)生的影響，進(jìn)而方便設(shè)計(jì)師不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，減少實(shí)際建造產(chǎn)生的損失。同時(shí)BIM技術(shù)還可以將二維圖紙以直觀的三維圖形展示，使得裝配式建筑施工更加立體，并且容易找到其中存在的錯(cuò)誤并加以改正。對(duì)于施工控制而言，BIM 技術(shù)能夠有效地緩解不同建造部門所產(chǎn)生的矛盾，比如在施工過程中一個(gè)部門的施工流程或者材料發(fā)生了變化，其他部門的施工方案會(huì)同步做出對(duì)應(yīng)的改變，減少了因?yàn)闇贤ú患皶r(shí)所帶來的障礙，增加了整體施工流程性，確保了可裝配建筑的科學(xué)合理性以及可行性。

3.2 核算工程總量與調(diào)配人力資源

建筑工程施工的核心訴求是實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)增長(zhǎng)，獲取經(jīng)濟(jì)利益。然而現(xiàn)階段在EPC 工程總承包模式的持續(xù)發(fā)展下，建筑工程施工的利潤(rùn)空間正在逐步減少，施工進(jìn)度需要精細(xì)化測(cè)算。同時(shí)由于目前單一的工程項(xiàng)目規(guī)模越來越大，工程總量不斷增長(zhǎng)，項(xiàng)目施工的周期也越來越長(zhǎng)，因此在建筑工程項(xiàng)目中需要精確地核算工程重量，以保障裝配式建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益。BIM 技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑設(shè)計(jì)中，能夠良好地通過現(xiàn)存的資料信息計(jì)算實(shí)際的工程總量，同時(shí)得出科學(xué)準(zhǔn)確的核算結(jié)果，為施工進(jìn)度的保障提供全面的數(shù)據(jù)支撐，并且能夠通過設(shè)計(jì)預(yù)留空間應(yīng)對(duì)項(xiàng)目施工過程中所遇到的突發(fā)狀況，提升整個(gè)裝配式建筑工程的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。此外，由于大型工程項(xiàng)目所涉及的人力物力相對(duì)復(fù)雜，需要良好的人力資源調(diào)配模式對(duì)整個(gè)裝配式建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)籌管理，統(tǒng)一調(diào)配，才能最大限度地節(jié)省項(xiàng)目施工周期，擴(kuò)大裝配式建筑工程效益[3]。BIM 技術(shù)可以采集項(xiàng)目施工中的人力物力信息，精細(xì)化管理整體施工過程中的不同環(huán)節(jié)人力應(yīng)用數(shù)量，不同崗位的操作能力要求等等，進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃調(diào)配。有效地避免不同環(huán)節(jié)或者不同崗位之間的相互影響，并且保障裝配式建筑項(xiàng)目施工質(zhì)量。

3.3 構(gòu)件設(shè)計(jì)制造與埋件設(shè)計(jì)布置

隨著BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的廣泛應(yīng)用，越來越多的建筑模型被上傳到BIM 數(shù)據(jù)庫(kù)中，其中也包括構(gòu)件與埋件的設(shè)計(jì)制造與布置，建筑設(shè)計(jì)師可以方便地對(duì)這些信息進(jìn)行調(diào)用分析，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，保障了設(shè)計(jì)方案的完整性。構(gòu)件設(shè)計(jì)制造是整個(gè)裝配式建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在預(yù)制構(gòu)件實(shí)際的制造過程中，制造廠商需要與裝配式建筑施工團(tuán)隊(duì)仔細(xì)核對(duì)構(gòu)件參數(shù)，降低構(gòu)件的制造誤差，保障構(gòu)件能夠正常的投入使用。通過BIM技術(shù)可以將整個(gè)裝配式建筑的預(yù)制構(gòu)件尺寸、材質(zhì)及其制造數(shù)量統(tǒng)一提供給制造廠商，并且能夠通過數(shù)據(jù)分析建設(shè)構(gòu)件的浪費(fèi)。制造廠商通過統(tǒng)一的參數(shù)能夠保障構(gòu)件的制造更加穩(wěn)定，并且縮短制造周期，高效地投入使用，降低時(shí)間成本以及誤差損失。埋件的布置關(guān)系到整體裝配式建筑的穩(wěn)定性，因此埋件設(shè)計(jì)需要細(xì)致并且全面，保障每個(gè)埋件的位置都能發(fā)揮出其該有的功效。通過BIM技術(shù)的運(yùn)用，可以通過軟件對(duì)買家設(shè)計(jì)布置進(jìn)行模擬預(yù)埋處理，通過模型分析埋件布局的合理性，提升埋件設(shè)計(jì)布置的高效性[4]。通過運(yùn)用BIM 技術(shù)的信息分析特性，能夠有效地優(yōu)化埋件布局架構(gòu)，有機(jī)結(jié)合裝配式建筑墻體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)梁結(jié)構(gòu)，促進(jìn)梁結(jié)構(gòu)與墻體開洞能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一，降低因?yàn)殄e(cuò)誤開洞而導(dǎo)致的墻體破壞，提升整個(gè)裝配式建筑質(zhì)量。

3.4 碰撞檢測(cè)與鋼量設(shè)計(jì)

裝配式建筑難以避免的是各個(gè)部分管線與建筑部位所產(chǎn)生的碰撞情況，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方案難以有效解決這一矛盾，不同部位的管線交接處存在重疊，以及管線交接處于建筑部位之間的距離過大都會(huì)對(duì)裝配式建筑帶來安全隱患。運(yùn)用BIM 技術(shù)，可以對(duì)管線與建筑部位之間的碰撞進(jìn)行碰撞檢測(cè)并生成檢測(cè)報(bào)告，設(shè)計(jì)人員可以通過檢測(cè)報(bào)告對(duì)不同的碰撞點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記分析，改善其中存在的不足，確保裝配式建筑設(shè)計(jì)方案的可行性[5]。另外，在裝配式建筑中，鋼材的使用與分布是建筑質(zhì)量的保障，因此在裝配式建筑中需要明確鋼材的用量以及分布位置，保障建筑的穩(wěn)定性。運(yùn)用BIM 技術(shù)，可以通過三維建模對(duì)整個(gè)裝配式建筑進(jìn)行可視化分析，精準(zhǔn)標(biāo)注工程鋼筋的分布情況，如果梁跨以及梁端的鋼筋用量過少，能夠及時(shí)地進(jìn)行修正，防止在實(shí)際安裝過程中出現(xiàn)因?yàn)榱嚎?、梁端不穩(wěn)或者設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)塌陷、裂縫等情況，造成生命財(cái)產(chǎn)損失。除此之外，裝配式建筑設(shè)計(jì)還需要運(yùn)用BIM 技術(shù)構(gòu)建安全輔助方案，設(shè)計(jì)輔助承重結(jié)構(gòu)，提高裝配式建筑的生命周期，保障裝配式建筑能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科技發(fā)展，人們對(duì)于建筑質(zhì)量以及效率的要求越來越高，BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的運(yùn)用可以有效提升建筑設(shè)計(jì)效率，幫助建筑設(shè)計(jì)方案不斷優(yōu)化。在實(shí)際的運(yùn)用過程中，BIM技術(shù)從裝配式建筑的規(guī)劃、施工以及運(yùn)行維護(hù)中都能發(fā)揮至關(guān)重要的作用，有必要在裝配式建筑中廣泛推行實(shí)施與運(yùn)用，以促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。